DE19633533A1 - Taumelscheibenkompressor unter Verwendung von Einzelkopfkolben - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Kompressoren der Taumelscheibenbauart und insbesondere auf Kompressoren der Taumelscheibenbauart welche Monokopfkolben verwenden.

Kompressoren werden in Kühlkreisläufen von Fahrzeugklimaanla­ gen eingebaut. Ein typischer Kompressor ändert dessen Kompres­ sorverdrängung im Ansprechen auf die Temperatur innerhalb der Fahrgastzelle. Es existiert eine Art eines Kompressors, wel­ cher Taumelscheiben verwendet. Die Taumelscheibe neigt sich, um den Hub der Kolben einzustellen und folglich die Kompres­ sorverdrängung zu steuern.

Die EP 0 628 722 A1 beschreibt einen Kompressor der Taumel­ scheibenbauart. Wie in der Fig. 5 dargestellt wird hat der Kompressor ein Gehäuse 100. Zylinderbohrungen 101 sind in dem Gehäuse 100 definiert. Jede Zylinderbohrung 101 nimmt einen hin- und herbewegbaren Kolben 102 auf. Eine Drehwelle 104 er­ streckt sich durch eine Kurbelkammer 103, welche in dem Gehäu­ se 100 definiert ist. Eine Stützplatte 105 ist auf der Welle 104 befestigt. Eine Taumelscheibe 106 ist an der Welle 104 montiert und wird durch die Stützplatte 105 in einer solchen Weise abgestützt, daß es der Taumelscheibe 106 ermöglicht wird, sich mit Bezug zu der Welle 104 zu neigen. Die Drehung der Taumelscheibe 104 verursacht die Hin- und Herbewegung der Kolben 102. Ein Druckkanal 108 verbindet eine Auslaßkammer 107 mit der Kurbelkammer 103. Der Kanal 108 ist mit einem elektro­ magnetischem Ventil 109 versehen, welches durch einen Schalter für die Klimaanlageneinrichtung tätig wird.

Falls keine Kühlung notwendig ist, wird das Ventil 109 selek­ tiv geöffnet, um die Taumelscheibe 106 auf eine minimale Nei­ gungsposition zu Verschwenken unter Verwendung der erhaltenen Differenz zwischen dem Druck in der Kurbelkammer 103 und dem Druck in den Zylinderbohrungen 101 (oder den Kompressionskam­ mern 113, welche darin ausgeformt werden). In dieser Position ist die Taumelscheibe 106 unter einem Winkel geneigt, welcher geringfügig größer ist, als 0° mit Bezug zu einer Richtung senkrecht zu der Achse der Welle 104. Darüber hinaus ist die Verdrängung des Kompressors minimal, wenn die Taumelscheibe 106 sich in dieser Position befindet. In diesem Zustand wird ein Ansaugkanal 111 durch einen Verschluß 112 geschlossen. Diese bewirkt, daß eine geringe Menge an Kühlgas in dem Kom­ pressor verbleibt, um darin zu zirkulieren und die Gleitteile wie beispielsweise die Taumelscheibe 106 zu schmieren. Falls eine Kühlleistung erforderlich ist, schließt der Schalter se­ lektiv das Ventil 109, um die Druckdifferenz zu verringern und die Neigung der Taumelscheibe 106 zu erhöhen. Wenn die Taumel­ scheibe 106 auf eine maximale Neigungsposition verschwenkt ist, wird die Kompressorverdrängung maximal.

Der Kompressor gemäß vorstehender Beschreibung erfordert keine Kupplung, um den Kompressor an eine externe Antriebsquelle (beispielsweise ein Fahrzeugmotor) anzuschließen. Dies redu­ ziert sowohl die Herstellungskosten als auch das Gesamtgewicht der Klimaanlageneinrichtung. Die Eliminierung der Kupplung un­ terdrückt desweiteren Stöße, welche erzeugt werden, wenn plötzlich Drehmomentschwankungen entstehen infolge des Erre­ gens und Entregens des elektromagnetischen Ventils. Kühlgas wird zuerst in den Kompressor aus einem externen Kühlkreislauf eingesaugt und anschließend durch die Kolben 102 komprimiert. Die Kompression verursacht, daß die Temperatur des Kühlgases extrem hoch wird. Das hochtemperierte Kühlgas wird von der Auslaßkammer 107 ausgelassen und anschließend durch einen Ver­ dampfer oder ähnliches gekühlt, der in dem externen Kühlkreis­ lauf vorgesehen ist. Wenn der Kompressor in einem Zustand be­ trieben wird, in dem die Kompressorverdrängung sich auf einem hohen Niveau befindet, dann erhöht die Kompression des Kühlga­ ses die Temperatur sowie den Druck des Gases in jeder Kompres­ sionskammer 113. Als ein Ergebnis hiervon leckt Gas in die Kurbelkammer 103 aus. Dieses sogenannte durchblasende Gas er­ höht die Temperatur in der Kurbelkammer 103. Darüber hinaus verursacht das Öffnen des Ventils 109, daß das hochtemperier­ te, hochkompremierte Gas in der Auslaßkammer 107 in die Kur­ belkammer 103 eingesaugt wird. Dies erhöht die Differenz zwi­ schen dem Druck in der Kurbelkammer 107 und dem Druck in der Ansaugkammer 110 und verringert folglich die Kompressorver­ drängung. Der konstante Hochtemperatur-, Hochdruckzustand in der Kurbelkammer 103 ist nicht vorteilhaft mit Rücksicht auf die Haltbarkeit der Gleitteile, welche darin angeordnet sind, wie beispielsweise die Taumelscheibe 106 oder eine Lippendich­ tung 114. Zur Steigerung der Haltbarkeit der Lippendichtung 114 ist es notwendig, eine Dichtung bestehend aus einem teue­ ren Material zu verwenden. Um die Haltbarkeit der Taumelschei­ be 106 zu steigern, ist es notwendig, ein Material mit einer besseren Schmiereigenschaft, wie beispielsweise Kupfer oder Blei, auf die Oberfläche der Taumelscheibe, welcher aus einem Eisenmaterial gefertigt ist, thermisch aufzuspritzen. Dies er­ höht jedoch die Herstellungskosten.

Folglich ist es eine primäre Aufgabe der vorliegenden Erfin­ dung, einen Kompressor der Kolbenbauart bereitzustellen, wel­ cher die Haltbarkeit einer Lippendichtung und einer Taumel­ scheibe verbessert.

Zur Erreichung dieser vorstehend genannten Aufgabe wird eine Verbesserung für einen Kompressor der Taumelscheibenbauart be­ reitgestellt. Der Kompressor hat eine Taumelscheibe, die schwenkbar auf einer Antriebswelle innerhalb einer Kurbelkam­ mer montiert ist. Die Taumelscheibe ist dafür vorgesehen, sich zwischen einem maximalen Neigungswinkel und einem minimalen Neigungswinkel zu verschwenken und zwar basierend auf der Druckdifferenz zwischen einer Kurbelkammer und einer Ansaug­ kammer. Es ist zumindest ein Einzelkopfkolben in einer zugehö­ rigen Zylinderbohrung angeordnet. Der Kolben ist an die Tau­ melscheibe gekoppelt und bewegt sich entsprechend dem Nei­ gungswinkel der Taumelscheibe in einem Hub hin und her, um Kühlgas, das in die Zylinderbohrung aus einem externen Kühl­ kreislauf über die Ansaugkammer eingeströmt ist, zu komprimie­ ren. Ein Druckförderkanal verbindet eine Auslaßkammer mit der Kurbelkammer, um das Kühlgas von der Auslaßkammer in die Kur­ belkammer zu fördern, um den Druck in der Kurbelkammer zu er­ höhen. Ein Strömungskanal erlaubt eine Strömung an Kühlgas von der Kurbelkammer zur Ansaugkammer. Ein Einströmkanal leitet Kühlgas mit niedriger Temperatur von dem externen Kühlkreis­ lauf ein, um die Drücke in der Kurbelkammer und der Ansaugkam­ mer im wesentlichen zu vergleichmäßigen. Bewegbare Elemente öffnen und schließen in selektiver Weise den Einström- bzw. Einlaßkanal in Verbindung mit dem maximalen Neigungswinkel und minimalen Neigungswinkel der Taumelscheibe.

Die Merkmale der vorliegenden Erfindung, welche als neu be­ trachtet werden, werden insbesondere in den anliegenden Pa­ tentansprüchen beschrieben. Im nachfolgenden wird die Erfin­ dung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen näher beschrieben.

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht, welche einen Kompressor gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt, der in einem Zustand betätigt wird, in welchem dessen Verdrängung maximal ist,

Fig. 2 ist eine teilweise vergrößerte Querschnittsan­ sicht, die einen Ansaugventilmechanismus und einen Auslaßven­ tilmechanismus zeigt,

Fig. 3 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, wel­ che den Kompressor in der Nähe bzw. in dem Bereich der Spule zeigt,

Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht des Kompressors, der den Kompressor in einem Betriebszustand zeigt, in welchem die Verdrängung den minimalen Wert annimmt und

Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht, welche einen Kompressor gemäß dem Stand der Technik zeigt.

Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im nachfolgenden mit Bezug auf die Fig. 1 bis 4 beschrieben.

Die linke Seiten der Zeichnungen entsprechen der vorderen Sei­ te des Kompressors, wohingegen die rechte Seiten der Zeichnun­ gen der Rückseite des Kompressors entsprechen.

Wie in der Fig. 1 gezeigt wird, ist ein vorderes Gehäuse 12 an das vordere Ende eines Zylinderblocks 11 angeschlossen. Ein hinteres Gehäuse 13 ist an das hintere Ende des Zylinderblocks 11 angeschlossen, wobei eine Ventilplatte 14 dazwischen ange­ ordnet ist. Der Zylinderblock 11 bildet einen Teil eines Kom­ pressorgehäuses. D.h., daß das Kompressorgehäuse durch das vordere Gehäuse 12, dem Zylinderblock 11 und das hintere Ge­ häuse 13 ausgebildet wird. Das vordere Gehäuse 12 und das hin­ tere Gehäuse 13 werden an den jeweiligen Enden des Zylinder­ blocks 11 über eine Vielzahl von Schraubenbolzen 15 befestigt.

Eine Drehwelle 16 ist drehbar in der Mitte des Zylinderblocks 11 und dem vorderen Gehäuse 12 durch vordere und hintere Ra­ diallager 17, 18 gelagert. Eine Lippendichtung 19 ist zwischen dem vorderen Ende der Welle 16 und dem vorderen Gehäuse 12 vorgesehen. Eine Riemenscheibe 20 ist am vorderen Ende der Welle 16 außerhalb des vorderen Gehäuses 12 montiert und un­ mittelbar mit einem Fahrzeugmotor (nicht gezeigt) durch einen Riemen 21 verbunden.

Eine Mehrzahl von Zylinderbohrungen 23 erstrecken sich durch den Zylinderblock 11. Ein Einzelkopfkolben 24 ist in jeder Bohrung 23 untergebracht. Eine Kurbelkammer 25 wird in dem vorderen Gehäuse 12 vor dem Zylinderblock 11 ausgebildet. Eine Träger- oder Stützplatte 26 ist an der Welle 16 innerhalb der Kurbelkammer 25 befestigt, und rotiert integral mit der Welle 26. Ein Schub- oder Axiallager 27 ermöglicht der Stützplatte 26, sich entlang der inneren Wand des vorderen Gehäuses 12 zu drehen. Ein Stütz- bzw. Lagerarm 28 steht von der Stützplatte 26 aus vor. Ein Paar von Führungseinrichtungen 29 sind in dem äußeren bzw. entfernten Ende der Stützplatte 26 ausgeformt. Eine im wesentlichen scheibenförmige Taumelscheibe 30, welche aus einem Aluminiummaterial gefertigt ist, ist auf die Welle 16 aufgesetzt. Die Taumelscheibe 30 ist mit Bezug zur Welle 16 verschwenkbar. Ein Paar von Verbindungsstücken 31, welche dem Paar von Führungseinrichtungen 29 in der Abstützplatte 26 ent­ sprechen, stehen von der Vorderseite der Taumelscheibe 30 aus vor. Das sphärische Ende jedes Verbindungsstücks 31 ist in die zugehörige Führungseinrichtung 29 in einer solchen Weise ein­ gesetzt, daß das Verbindungsstück 31 während der Drehung der Welle 16 darin gleitfähig ist. Dieses Scharnier verbindet die Taumelscheibe 30 mit der Abstützplatte 26 und ermöglicht der Taumelscheibe 30, sich sowohl in die vorwärtige als auch in die rückwärtigen Richtungen mit Bezug zu der Welle 16 zu nei­ gen. Jeder Kolben 24 ist mit der Taumelscheibe 30 durch ein Paar von semisphärischen bzw. semikugeligen Schuhen 32 gekop­ pelt. Die Rotation der Welle 16 verursacht, daß die Abstütz­ platte 26 sich mit der Taumelscheibe 30 dreht. Dies wiederum bewirkt ein hin- und herbewegen jedes Kolbens 24 innerhalb je­ der zugehörigen Bohrung 23. Eine Feder 33 ist zwischen der Ab­ stützplatte 26 und der Taumelscheibe 30 angeordnet, um die Taumelscheibe 30 in Richtung zu einer minimalen Verschwenkpo­ sition zu verschwenken. Eine Verschlußkammer 34 erstreckt sich durch die Mitte des Zylinderblocks 11. Die Achse der Ver­ schlußkammer 34 stimmt mit der Achse der Welle 16 überein. Ein Verschluß 44 ist in der Verschlußkammer 34 aufgenommen. Ein Ansauganschluß 35 ist vorgesehen, welcher sich durch den mitt­ leren Bereich des hinteren Gehäuses 13 und die Ventilplatte 14 erstreckt. Der Ansauganschluß 35 ist mit der Verschlußkammer 34 verbunden. Die Verschlußkammer 34 ist mit der Kurbelkammer 25 durch einen Verbindungskanal 48 verbunden. Folglich wird ein erster Kanal 47, der den Ansauganschluß 35 mit der Kurbel­ kammer 35 verbindet, durch die Verschlußkammer 34 und den Ver­ bindungskanal 48 ausgebildet.

Eine Ansaugkammer 38 wird in dem mittleren Abschnitt des hin­ teren Gehäuses 13 in einer solchen Weise ausgebildet, daß sie den Ansauganschluß 35 umgreift. Eine Auslaßkammer 40 ist in dem peripheren Abschnitt des hinteren Gehäuses 13 ausgebildet.

Wie in der Fig. 2 dargestellt wird, ist ein Ansaugventilme­ chanismus 42 in der Ventilplatte 14 vorgesehen. Eine Hin- und Herbewegung eines jeden Kolbens 24 bewirkt, daß das Kühlgas in der Ansaugkammer 38 in die Kompressionskammer 41 eingesaugt wird, welche in der zugehörigen Bohrung 23 ausgebildet ist. Ein Auslaßventilmechanismus 43 ist ebenfalls in der Ventil­ platte 14 vorgesehen. Die Hin- und Herbewegung eines jeden Kolbens 24 bewirkt, daß das hochtemperierte Kühlgas in der Kompressionskammer 41 einer jeden zugehörigen Bohrung 23 kom­ primiert wird, um in die Auslaßkammer 40 durch den Auslaßme­ chanismus 43 ausgestoßen zu werden.

Der Verschluß bzw. die Klappe 44 ist in der Klappen- bzw. Ver­ schlußkammer 34 derart vorgesehen, daß sie sich in Axialrich­ tung der Kammer 34 bewegen läßt. Das Verschlußelement 44 öff­ net und schließt den ersten Kanal 47. Eine Feder 45 spannt das Verschlußelement 44 nach vorne vor. Dies bewirkt, daß das Ver­ schlußelement 44 gegen einen beulenförmigen Vorsprung 30a an­ stößt, der in dem mittleren Bereich der hinteren Seite der Taumelscheibe 30 ausgebildet ist. Das Verschlußelement 44 ge­ leitet entlang der peripheren Oberfläche des hinteren Endes der Welle 16 mittels des Radiallagers 18. Eine Radialkraft, welche durch die Umdrehung der Welle 16 erzeugt wird, wird durch das Radiallager 18 aufgenommen. Ein Axial- bzw. Schubla­ ger 46, welches gleitfähig entlang der Welle 16 angeordnet ist, ist zwischen dem Verschlußelement 44 und der Taumelschei­ be 30 vorgesehen. Die Axial- bzw. Schubkraft, welche durch das Verschwenken und Drehen der Taumelscheibe 30 erzeugt wird, wird durch das Schublager 46 aufgenommen.

Eine Verschlußfläche 49, welche dem Ansauganschluß 35 ent­ spricht, ist an der hinteren Endfläche des Verschlußelements 44 ausgebildet. Wie in der Fig. 4 dargestellt wird, bewegt sich der Vorsprung 30a zu einer hinteren Position, wenn sich die Taumelscheibe 30 in Richtung zu deren minimalen Neigungs­ position verschwenkt. Diese bewegt das Verschlußelement 44 rückwärts entgegen der Vorspannkraft der Feder 45 und bewirkt, daß die Verschlußfläche 49 die vordere Öffnung des Ansaugan­ schlusses 35 verschließt. Als ein Ergebnis hiervon wird der Ansauganschluß 35 vom ersten Kanal 47 getrennt. Dies hindert die Strömung an Kühlgas von dem Ansauganschluß 35 zur Kurbel­ kammer 25. Der Winkel der Taumelscheibe 30 mit Bezug zur Senk­ rechten auf die Achse der Welle 16 ist geringfügig größer als 0°, wenn die Taumelscheibe 30 sich in der minimalen Neigungs­ position befindet. Die minimale Neigungsposition, welche einer Schließposition des Verschlußelements 44 entspricht, wird durch den Eingriff zwischen dem Verschlußelement 44 und der Ventilplatte 14 beschränkt.

Wenn, wie in der Fig. 1 dargestellt ist, die Taumelscheibe 30 in eine vorwärtige Richtung zu einer maximalen Neigungspositi­ on verschwenkt wird, dann bewegt sich das Verschlußelement 44 durch die Feder 45 nach vorne. Wenn das Verschlußelement 44 vorwärts bewegt wird, dann bewegt sich die Verschlußfläche 49 von der Öffnung des Ansauganschlusses 35 weg. Wenn sich die Taumelscheibe in der maximalen Neigungsposition befindet, dann ermöglicht das Verschlußelement 44 dem Kühlgas in dem An­ sauganschluß 35, in die Kurbelkammer 25 einzuströmen. Die Dre­ hung der Taumelscheibe 30, welche sich in der maximalen Nei­ gungsposition befindet, bewirkt, daß der Kompressor mit einer Kompressorverdrängung betrieben wird, welche sich auf einem maximalen Niveau befindet. Die maximale Neigungsposition der Taumelscheibe 30 wird begrenzt durch den Anschlag zwischen ei­ nem Begrenzungsvorsprung 50, welcher von der Taumelscheibe 30 aus vorsteht und der Stützplatte 26.

Ein Druckkanal 61 wird durch einen Durchgangskanal 62, welcher sich durch das hintere Gehäuse 13 erstreckt und einen Durch­ gangskanal 63 ausgebildet, welcher sich durch den Zylinder­ block 11 von dem hinteren Gehäuse 13 aus erstreckt. Der Druck­ kanal 61 dient als ein zweiter Kanal und verbindet die Auslaß­ kammer 40 mit der Kurbelkammer 25. Die Kurbelkammer 25 ist an die Ansaugkammer 38 durch einen dritten Kanal 51 angeschlos­ sen. Ein längs sich erstreckender Kanal 52 wird entlang der Achse der Welle 16 ausgebildet. Der Kanal 52 erstreckt sich im wesentlichen durch die gesamte Welle 16. Die stromaufwärtige Seite (vorderes Ende) des Kanals 52 ist an eine Dichtungskam­ mer 53 durch einen transversalen Kanal 52a angeschlossen, der sich in die radiale Richtung der Welle 16 erstreckt. Die Dich­ tungskammer 53 ist an die Kurbelkammer 25 durch den Hohlraum angeschlossen, der in den Radial- und Axiallagern 17, 27 aus­ gebildet ist. Eine Öffnung 52b an der stromabwärtigen Seite (hinteres Ende) des Kanals 52 ist an eine Verbindungskammer 54 angeschlossen, die in dem Verschlußelement 44 ausgebildet ist. Ein Spalt 56 ist in der Wand der Verschlußkammer 34 ausgebil­ det. Wie in der Fig. 3 dargestellt wird, ist der Spalt 56 an die Verbindungskammer 54 durch Bohrungen 55 angeschlossen, welche sich durch die Wand des Verschlußelements 44 er­ strecken. Die Bohrungen 55 dienen dazu, die Strömungsrate des Kühl­ gases zu beschränken und einzustellen, welches von der Verbin­ dungskammer 44 zum Spalt 56 hier hindurch strömt, wenn das Verschlußelement 44 sich zwischen den Positionen gemäß der Fig. 1 und der Fig. 4 bewegt. Ein Führungskanal 57, der in dem Zylinderblock 11 ausgebildet ist, verbindet den Spalt 56 mit der Ansaugkammer 38.

Wenn, wie in der Fig. 1 dargestellt ist, die Kompressionsver­ drängung maximal ist, dann wird das Kühlgas in der Kurbelkam­ mer 25 in die Ansaugkammer 38 über den dritten Kanal 51 einge­ saugt. Der dritte Kanal 51 wird durch den Raum zwischen den Lagern 27, 17, die Dichtungskammer 53, den transversalen Kanal 52a, den Längskanal 52, die Öffnung 52b, die Verbindungskammer 54, die Bohrungen 55, den Spalt 56 und den Führungskanal 57 gebildet.

Der Durchgangskanal 62 ist mit einem Schalter SW für die Kli­ maanlageneinrichtung und mit einem elektromagnetischen Ventil 64 versehen. Das Ventil 64 wird in selektiver Weise erregt und entregt im Ansprechen auf Signale von einem Temperatursensor 76. Das Ventil 64 hat einen Ventilkörper 56, Federn 66, 68, eine Stange 67 und ein Solenoid 69. Die Feder 66 spannt den Ventilkörper 56 in eine Richtung permanent vor, in der das Ventil 64 verschlossen wird. Die Stange 67 bewegt den Ventil­ körper 65 und verschließt das Ventil 64, wenn das Ventil 64 erregt wird. Die Feder 68 bewirkt, daß der Ventilkörper 65 das Ventil 64 öffnet, wenn das Ventil 64 entregt wird. Das So­ lenoid 69 bewegt den Ventilkörper 65 mit der Stange 67 wenn es erregt wird. Das Solenoid 69 ist an den Schalter SW und den Temperatursensor 76 mittels eines Steuerkreises C angeschlos­ sen. Der Steuerkreis C erregt und entregt das Solenoid 69 in selektiver Weise im Ansprechen auf Signale vom Schalter SW und von dem Temperatursensor 76. Das Ventil 64 öffnet den Druckanal 61, wenn es entregt wird und schließt den Kanal 61, wenn es erregt wird. In dem Zustand, welcher in Fig. 1 dargestellt wird, ist das Ventil 64 erregt und der Druckkanal 61 somit ge­ schlossen.

Ein externer Kühlkreislauf 72 verbindet einen Auslaßanschluß 71, durch den das Kühlgas in der Auslaßkammer 40 ausgelassen wird, mit dem Ansauganschluß 35 durch den das Kühlgas, wel­ ches zu der Ansaugkammer 38 strömt, angesaugt wird. Der Kühl­ kreislauf 72 hat einen Kondensor 73, ein Expansionsventil 74 und einen Verdampfer 75. Das Expansionsventil 74 regelt die Strömungsrate des Kühlgases im Ansprechen auf die Fluktuation des Gasdrucks an der Auslaßseite des Verdampfers 75. Der Tem­ peratursensor 76 mißt die Temperatur an der Auslaßseite des Verdampfers 75. Der Sensor 76 entregt das Ventil 64, um die Kompressorverdrängung zu verringern, falls der Temperatursen­ sor 76 feststellt, daß die Temperatur an der Auslaßseite des Verdampfers 75 niedriger wird als ein vorbestimmter unterer Grenzwert. Die Verringerung der Temperatur zeigt an, daß das Erfordernis für eine Kühlleistung gering ist. Im Gegensatz hierzu erregt der Sensor 76 das Ventil 64, um die Kompressor­ verdrängung zu erhöhen, falls der Temperatursensor 76 fest­ stellt, daß die Temperatur an der Auslaßseite des Verdampfers 75 höher wird als ein vorbestimmter oberer Grenzwert. Die Er­ höhung der Temperatur zeigt an, daß das Erfordernis für eine Kühlleistung hoch ist.

Der Betrieb des bevorzugten und beschriebenen Ausführungsbei­ spiels gemäß der vorliegenden Erfindung wird im nachfolgenden näher beschrieben.

In dem in der Fig. 1 dargestellten Zustand nimmt die Kompres­ sorverdrängung ein Maximum ein. In diesem Zustand ist der Schalter SW für die Klimaanlageneinrichtung eingeschaltet, wo­ bei das Ventil 64 erregte ist. Folglich wird der Druckkanal 61 geschlossen. Dies verhindert die Strömung an Hochdruckgas von der Auslaßkammer 40 in die Kurbelkammer 25. Da das Verschluße­ lement 44 vom ersten Kanal 47 weg bewegt wird, wird das Kühl­ gas aus dem externen Kühlkreislauf 72 in die Kurbelkammer 25 über den Ansauganschluß 35 und den ersten Kanal 47 einge­ saugt. Folglich wird die Temperatur in der Kurbelkammer 25 nicht erhöht.

Die Bohrungen 25 sind vollständig durch den Spalt 56 geöffnet. Das bedeutet, daß der dritte Kanal 51 die Kurbelkammer 25 mit der Ansaugkammer 38 in einem Zustand frei von einer Strömungs­ beschränkung, d. h., ohne Strömungsbeschränkung verbindet. Aus diesem Grunde strömt das Kühlgas in der Kurbelkammer 25 wider­ standslos in die Ansaugkammer 38 durch den dritten Kanal 51. Dies hält den Druck in der Kurbelkammer 25 auf einem Wert, der im wesentlichen gleich dem unteren Ansaugdruck in der Ansaug­ kammer 38 ist. In diesem Zustand wird die Taumelscheibe 30 in der maximalen Neigungsposition durch eine Druckdifferenz ΔP gehalten, welche sich zwischen dem Druck Pc in der Kurbelkam­ mer 25 und dem Druck Ps in den Zylinderbohrungen 23 einstellt, und durch die Vorspannkraft der Federn 33, 45. Dies hält die Kompressorverdrängung auf einem maximalen Niveau.

Die Fortsetzung des Kompressorbetriebes in einem maximalen Verdrängungszustand kühlt die Fahrgastzelle ausreichend und verringert folglich das Erfordernis für eine weitere Kühllei­ stung. Wenn die Temperatur des Verdampfers 75 niedriger wird als eine vorbestimmte Temperatur, welche der Temperatur ent­ spricht, welche die Bildung von Frost bewirkt, dann sendet der Temperatursensor 76 ein Signal aus, um das Ventil 64 zu entre­ gen. Dies öffnet den Druckkanal 61 oder den zweiten Kanal, und verbindet die Auslaßkammer 40 mit der Kurbelkammer 25. Folg­ lich wird hochtemperiertes, hochkompremiertes Gas in der Aus­ laßkammer 40 zur Kurbelkammer 25 über den Druckkanal 61 gelei­ tet. Dies erhöht den Druck in der Kurbelkammer 25 und bewirkt eine Erhöhung der Druckdifferenz ΔP. Folglich schwenkt die Taumelscheibe 30 in Richtung zur minimalen Neigungsposition, wie in der Fig. 4 dargestellt wird. Wenn die Taumelscheibe 30 sich in Richtung zur minimalen Neigungsposition verschwenkt, dann bewirkt der Vorsprung 30a, daß das Verschlußelement 44 in Richtung zum Ansauganschluß 35 verschoben wird, während es die Feder 45 zusammendrückt. Das Anschlagen der Verschlußfläche 49 gegen die Wand, welche die Öffnung des Ansauganschlusses 35 umgibt, begrenzt die Taumelscheibe 30 an der minimalen Nei­ gungsposition. Das Anschlagen trennt ferner die Verschlußkam­ mer 34 vom Ansauganschluß 35 und schließt den ersten Kanal 47. Folglich wird die Strömung an Kühlgas von dem externen Kühl­ kreislauf 72 zu der Kurbelkammer 25 unterbunden.

Wie vorstehend beschrieben wurde, wird das Niedertemperatur-Kühl­ gas zu der Kurbelkammer 25 von dem externen Kühlkreislauf 72 über den ersten Kanal 47 geleitet, wenn die Kompressorver­ drängung sich auf einen hohen Niveau befindet. Folglich wird das Kühlgas mit niederer Temperatur in der Kurbelkammer 25 eingefangen, wenn die Kompressorverdrängung minimal wird. Dies verhindert eine Verschlechterung der Lippendichtung 19 und der Taumelscheibe 30 und ermöglicht der Taumelscheibe 30, aus ei­ nem leichtgewichtigen Material wie beispielsweise Aluminium gefertigt zu werden. Als ein Ergebnis hiervon kann das Gewicht des Kompressors verringert werden. Darüber hinaus erleichtert sich die Herstellung des Kompressors, wobei die Produktionsko­ sten folglich verringert werden.

Da der Winkel der Taumelscheibe 30 in der minimalen Neigungs­ position nicht 0° beträgt, bewegen sich die Kolben 24 inner­ halb eines bestimmten Hubes hin und her, wenn die Kompressor­ verdrängung minimal ist. In anderen Worten ausgedrückt, ist der Hub der Kolben 24 nicht 0, wenn die Kompressorverdrängung minimal ist. Folglich wird das Kühlgas in der Kompressionskam­ mer 41, welche durch jede Bohrung 23 ausgebildet wird, in die Auslaßkammer 40 verdrängt. Der Unterschied zwischen dem Druck in der Auslaßkammer 40 und der Kurbelkammer 25 bewirkt, daß das Kühlgas in die Auslaßkammer 40 ausgelassen wird und folg­ lich in dem Kompressor zirkuliert. Die Zirkulation findet statt zwischen dem Druckkanal 61, der Kurbelkammer 25, dem dritten Kanal 51, der Ansaugkammer 38, den Kompressionskammern 41 und der Auslaßkammer 40. Die Zirkulation des Kühlgases in dem Kompressor schmiert die Gleitteile innerhalb des Kompres­ sors mit dem Schmieröl, welches unter das Kühlgas gemischt ist. Wenn, wie in der Fig. 4 dargestellt wird, der Kompressor in dem Zustand betrieben wird, in welchem die Kompressorver­ drängung minimal ist, dann nähert sich das Verschlußelement 44 der Öffnung zwischen den Bohrungen 55 und dem Spalt 56. Dies beschränkt den dritten Kanal 51. Als ein Ergebnis hiervon wird der Druck Pc in der Kurbelkammer 25 auf einem Wert gehalten, der höher ist, als der Wert des Drucks Ps in den Zylinderboh­ rungen 23. Die Druckdifferenz ΔP, welche sich zwischen dem Druck Pc in der Kurbelkammer 25 und dem Druck Ps in den Zylin­ derbohrungen 23 einstellt, hält die Taumelscheibe 30 in stabi­ ler Weise auf der minimalen Neigungsposition. Diese ermöglicht dem Kompressor, einen stabilen Betrieb in dem Zustand vorzu­ führen, in welchem die Kompressorverdrängung minimal ist.

Wenn die Kompressorverdrängung minimal wird, dann wird hoch­ kompremiertes Gas, welches in die Auslaßkammer 40 ausgestoßen wurde, durch den Druckkanal 61 in die Kurbelkammer 25 geför­ dert, worin ein Druck herrscht, der im wesentlichen der glei­ che ist, wie der Ansaugdruck und folglich niedrig ist. Der Druck des ausgestoßenen Gases verschwenkt die Taumelscheibe 30 zur minimalen Neigungsposition. Im Stand der Technik war der Druck Pc in der Kurbelkammer 25 hoch und die Druckdifferenz ΔP bezüglich des Druckes Ps war folglich ebenfalls hoch. Dement­ sprechend war es notwendig, das die Feder 45 eine große Vor­ spannkraft hat, um die Neigung der Taumelscheibe 30 zu ändern. Im Vergleich hierzu ermöglicht der Aufbau gemäß der vorliegen­ den Erfindung, daß die Feder 45 eine geringere Vorspannkraft annimmt. Dies wiederum ermöglicht, das die Taumelscheibe 30 in Richtung zur minimalen Neigungsposition mit Hilfe einer gerin­ gen Druckdifferenz ΔP verschwenkt wird. Folglich ist die not­ wendige Gasmenge, die in die Kurbelkammer 25 gefördert werden soll, gering. Aus diesem Grunde ist die in der Kurbelkammer 25 eingefangene Menge an Kühlgas verhältnismäßig klein im Ver­ gleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Kompresso­ ren. Dies verhindert ein sich Verflüssigen des Kühlgases und verringert die Menge an Schmieröl, welche durch die Verflüssi­ gung verloren gehen würde. Folglich wird die Schmierungsfähig­ keit des Kompressor verbessert.

Wenn der Kompressor in einem minimalen Verdrängungszustand be­ trieben wird und das Erfordernis für eine Kühlleistung sich erhöht, dann erregt ein Signal von dem Temperatursensor 76 das Ventil 64, wobei der Druckkanal 61 verschlossen wird. Der Druck in der Kurbelkammer 25 verringert sich, da der Druck in der Kurbelkammer 25 in die Ansaugkammer 38 durch den dritten Kanal 51 freigegeben wird. Die Druckverringerung verschwenkt die Taumelscheibe 30 in Richtung zur maximalen Neigungspositi­ on ausgehend von der minimalen Neigungsposition. Das Ver­ schwenken der Taumelscheibe 30 drückt das Verschlußelement 44 mit der Feder 45 nach vorne. Dies öffnet den ersten Kanal 47 und ermöglicht dem Kühlgas, aus dem externen Kühlkreislauf 72 in die Kurbelkammer 25 durch den ersten Kanal 47 eingesaugt zu werden. Darüber hinaus wird das ausgelassene Gas, dessen Volu­ men groß ist, in den externen Kühlkreislauf 72 von der Auslaß­ kammer 40 aus ausgestoßen. Das Schließen des Druckkanals 61 beendet ferner die Zirkulation des Kühlgases in dem Kompres­ sor. Da die Bohrungen 55 in dem Verschlußelement 44 vollstän­ dig geöffnet werden, wird der dritte Kanal 51 frei von einer Strömungsbeschränkung gemacht. Folglich strömt das Kühlgas in­ nerhalb der Kurbelkammer 25 in die Ansaugkammer 38 durch den dritten Kanal 51 ohne irgendeinen Druckverlust, wenn der Kom­ pressor betrieben wird, während dessen Verdrängung auf einem hohen Niveau gehalten wird.

Wenn der Kompressor, dessen Verdrängung auf einem hohen Niveau gehalten wird, dessen Betrieb weiterführt, dann wird das Er­ fordernis für eine Kühlleistung gering. Dies bewirkt, daß der Temperatursensor 76 das Ventil 64 erregt, wobei der Druckkanal 61 geöffnet wird. Dies erhöht die Druckdifferenz ΔP, welche sich zwischen dem Druck Pc in der Kurbelkammer 25 und dem Druck Ps in den Zylinderbohrungen 23 einstellt. Als ein Ergeb­ nis hiervon verschwenkt die Taumelscheibe 30 in Richtung zur minimalen Neigungsposition ausgehend von der maximalen Nei­ gungsposition. Da der Kompressor betrieben worden ist mit ei­ ner Verdrängung, welche sich auf einem hohen Niveau befand, ist die Temperatur und der Druck innerhalb der Kurbelkammer 25 gering. Folglich werden die Lippendichtung 19 und die Taumel­ scheibe 30 nicht einem Kühlgas ausgesetzt, dessen Temperatur und Druck hoch ist. Dies verbessert die Haltbarkeit der Lip­ pendichtung 19 und der Taumelscheibe 30.

Der Betrieb des Kompressors wurde vorstehend für den Fall be­ schrieben, in welchem der Schalter SW für die Klimaanlagenein­ richtung eingeschaltet ist. Wenn der Schalter SW ausgeschaltet wird, dann wird das Ventil 64 entregt, ungeachtet dem Erfor­ dernis für eine Kühlleistung. In diesem Zustand wird die Kom­ pressorverdrängung minimal.

Wenn der Motor gestoppt wird, dann endet der Betrieb des Kom­ pressors, wobei das Ventil 64 entregt wird. Folglich wird die Taumelscheibe 30 auf die minimale Neigungsposition ver­ schwenkt, wenn der Kompressor nicht betätigt wird. Dies unter­ drückt Stöße, welche erzeugt werden, wenn der Motor erneut ge­ startet wird. In dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbei­ spiel bewegt sich das Verschlußelement 44, welches als ein Schließmittel dient, zusammen mit der Verschwenkung der Tau­ melscheibe 30. Dies vereinfacht den Aufbau des Kompressor. Darüber hinaus hat der dritte Kanal 51 eine stromaufwärtige Öffnung, die mit der Dichtungskammer 53 verbunden ist. Dies gibt die Dichtungskammer 53 für ein Einsaugen von Kühlgas frei, wobei die Schmierung der Lager 17, 27 und der Lippen­ dichtung 19 verbessert wird.

Die vorliegende Erfindung kann jedoch auch modifiziert werden, wie nachfolgend beschrieben wird.

• (1) Eine elektromagnetische Kupplung kann zwischen der Welle 16 und der Riemenscheibe 20 angeordnet werden, um in selektiver Weise den Kompressor an eine externe Antriebsquelle anzuschließen und davon abzukoppeln. In diesem Fall wird die Kupplung erregt, wenn der Schalter SW für die Klimaanlagenein­ richtung eingeschaltet wird. Die Kompressorverdrängung vari­ iert zwischen dem maximalen Niveau und dem minimalen Niveau durch selektives Öffnen und Schließen des Ventils 64 in Über­ einstimmung mit einem Signal von dem Sensor 76. Durch Aus­ schalten des Schalters SW wird die Kupplung entregt, wobei der Betrieb des Kompressors beendet wird. In solch einer Modifika­ tion wird die Kurbelkammer 25 in einem Zustand gehalten, der im wesentlichen gleich ist, wie die Ansaugkammer 38. Dies ver­ bessert die Haltbarkeit der Taumelscheibe 30, der Lippendich­ tung 19 usw.
• (2) Der dritte Kanal 51 kann in dem Zylinderblock 11 ausgebildet werden, um die Kurbelkammer 25 mit der Ansaugkam­ mer 38 zu verbinden. In diesem Fall wird das Ventilbauteil in dem Verschlußelement 44 verbessert, um als eine Beschränkung (Drossel) für den Kanal 51 zu dienen. Diese Modifikation er­ möglicht die gleichen Vorteile, wie sie mit dem vorstehend be­ schriebenen Ausführungsbeispiel erhalten werden können.
• (3) Das Öffnen und Schließen des ersten Kanals 47 un­ ter Verwendung der Verschlußfläche 49 kann durch ein Ventil ersetzt werden, welches mit dem Öffnen und Schließen des Ven­ tils 64 synchronisiert ist.
• (4) Ein elektromagnetisches Ventil, welches den Quer­ schnittsbereich des dritten Kanals 51 beschränkt und welches mit dem Öffnen und Schließen des Ventils 64 synchronisiert ist, kann ferner verwendet werden.

Eine Taumelscheibe ist schwenkbar zwischen einem maximalen Schwenkwinkel und einem minimalen Schwenkwinkel basierend auf einer Druckdifferenz zwischen einer Kurbelkammer und einer An­ saugkammer gelagert. Zumindest ein Einzelkopfkolben, der mit der Taumelscheibe wirkverbunden ist, ist in einer zugehörigen Zylinderbohrung aufgenommen und in einem Hub entsprechend dem Neigungswinkel der Taumelscheibe hin- und herbewegbar, um Kühlgas zu komprimieren, das in die Zylinderbohrung von einem externen Kühlkreislauf über die Einsaugkammer eingeströmt ist. Ein Druckzuführkanal verbindet eine Auslaßkammer mit der Kur­ belkammer, um das Kühlgas aus der Auslaßkammer in die Kurbel­ kammer zu fördern, um den Druck in der Kurbelkammer zu erhö­ hen, wobei ein Strömungskanal vorgesehen ist, der die Strömung des Kühlgases von der Kurbelkammer zur Ansaugkammer zuläßt. Ein Einlaßkanal läßt das Kühlgas mit niederem Druck von dem externen Kühlkreislauf ein, um die Drücke in der Kurbelkammer und der Ansaugkammer im wesentlichen zu vergleichmäßigen. Be­ wegbare Elemente Öffnen und Schließen den Einlaßkanal in se­ lektiver Weise in Übereinstimmung mit dem maximalen Neigungs­ winkel und dem minimalen Neigungswinkel der Taumelscheibe.

Claims (7)

1. Taumelscheibenkompressor mit einer Taumelscheibe, die schwenkbar auf einer Antriebswelle in einer Kurbelkammer montiert ist, wobei die Taumelscheibe für ein Verschwenken zwischen einem maximalen Neigungswinkel und einem minimalen Neigungswinkel angeordnet ist, basierend auf einer Druckdiffe­ renz zwischen einer Kurbelkammer und einer Ansaugkammer, wobei zumindest ein Einzelkopfkolben in einer zugehörigen Zylinder­ bohrung angeordnet ist, wobei der Kolben mit der Taumelscheibe gekoppelt und bei einem Hub entsprechend dem Neigungswinkel der Taumelscheibe hin- und herbewegbar ist um Kühlgas zu kom­ primieren, das in die Zylinderbohrung von einem externen Kühl­ kreislauf über eine Ansaugkammer einströmt, mit
einem Druckzuführkanal, der eine Auslaßkammer mit der Kur­ belkammer verbindet, um das Kühlgas aus der Auslaßkammer in die Kurbelkammer zu fördern, um den Druck in der Kurbelkammer zu erhöhen und mit
einem Strömungskanal, der eine Strömung an Kühlgas von der Kurbelkammer zur Ansaugkammer erlaubt, wobei der Kompressor gekennzeichnet ist durch
einen Einströmkanal, der das Kühlgas mit niederer Tempera­ tur vom externen Kühlkreislauf einläßt, um die Drücke in der Kurbelkammer und der Ansaugkammer im wesentlichen zu ver­ gleichmäßigen und
bewegbare Elemente, die in selektiver Weise den Einström­ kanal in Übereinstimmung mit dem maximalen Neigungswinkel und dem minimalen Neigungswinkel der Taumelscheibe öffnen und schließen.

2. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einströmkanal folgende Teile hat:
einen Ansauganschluß, der mit dem externen Kühlkreislauf und der Ansaugkammer verbunden ist,
eine Aufnahmekammer, welche in selektiver Weise mit dem Ansauganschluß durch die bewegbaren Elemente verbindbar und von diesem trennbar ist und
ein Ende der Antriebswelle aufnimmt und
einen Führungskanal für das Verbinden der Aufnahmekammer mit der Kurbelkammer.

3. Kompressor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegbaren Elemente eine Spule oder Kolben aufweisen, die an dem Ende der Antriebswelle in der Aufnahmekammer montiert ist und eine Endfläche hat, die dem Ansauganschluß gegenüber liegt
eine Feder haben, welche die Spule in Richtung zur Taumel­ scheibe vorspannt, um die Aufnahmekammer mit dem Ansaugan­ schluß zu verbinden, sowie
eine Ausbauchung bzw. einen Vorsprung aufweisen, der mit einer Taumelscheibe versehen ist, um die Spule von der Taumel­ scheibe entgegen der Kraft der Feder wegzudrücken, um den An­ sauganschluß mit der Endfläche zu verschließen.

4. Kompressor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckzuführkanal ein elektromagnetisches Ventil hat, für das selektive Öffnen und Schließen des Druckzuführkanals.

5. Kompressor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskanal eine Beschränkung (Drossel) hat, die die Strömung des Kühlgases begrenzt bzw. einengt, wenn die Endflä­ che der Spule den Ansauganschluß schließt.

6. Kompressor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskanal folgende Teile hat:
einen Längskanal, der sich in der Antriebswelle entlang deren im wesentlichen gesamten Länge erstreckt, wobei der Längskanal sich in die Spule öffnet,
einen transversalen Kanal, der sich in der Antriebswelle in deren radialer Richtung erstreckt,
eine Verbindungskammer, die zwischen der Spule und dem En­ de der Antriebswelle ausgebildet ist,
eine Durchgangsbohrung, die mit der Spule ausgebildet ist,
ein zwischenverlaufender Kanal, der in Übereinstimmung mit der Durchgangsbohrung außerhalb der Spule angeordnet ist, wo­ bei der dazwischen verlaufende Kanal derart angeordnet ist, daß er mit der Verbindungskammer über die Durchgangsbohrung verbunden ist, so daß der dazwischenlaufende Kanal relativ zu der Durchgangsbohrung basierend auf einer Bewegung der Spule bewegt wird, um in Verbindung mit der Durchgangsbohrung als die Beschränkung zu dienen, und
einen Verbindungskanal für das Verbinden des dazwischen­ laufenden Kanals mit der Ansaugkammer.

7. Kompressor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Taumelscheibe aus einem leichten Material wie beispiels­ weise Aluminium gefertigt ist.